大西章也の研究者個人ホームページ

研究

研究概要

 私たちは普段,手でスマホを触ったり,足で自転車を漕いだりしています. しかし,もし明日から自分の手足が使えなくなったらどうすればよいでしょうか.

 その解決方法の一つに,手足以外の残存機能を使う方法があります. 例えば首の動き,視線,音声,筋電,脳波などを機器制御命令に変換する技術です.

 私は「人間と機械をつなぐ」ことをテーマした福祉工学に関する研究をしています. 特に脳波を機器制御命令に変換するブレイン-マシン・インタフェース(BMI/BCI)の研究に重点的に取り組んでいます. これまでBMIに用いる刺激の評価や,脳波をより正確に読み取るための機械学習(ディープラーニングなど)に関する研究, BMIを用いてロボットを制御する研究を行ってきました.近年,独居老人や留守番中の子供のためのコミュニケーションロボットに関する研究を立ち上げました. 今後はこれまで培った知見を生かし,様々な福祉機器の開発などへと発展させていきたいと考えております.

写真:研究テーマ

ブレイン・マシン・インタフェース(BMI)

 BMIは脳波などの脳信号を計測し,信号処理や機械学習を施して 機器制御命令へと変換するインタフェースです. 脳からの信号を機器制御命令に変換するため, 手足を使わずとも機器を制御することが可能です. BMIを使用すれば,脳波でスピーカーやロボットアーム,車いす,家電などを制御することが可能です.

 脳波は信号が微弱で難解であるため,それを機器制御命令へと変換することは容易ではありません. しかし,画面上のあるものが光ったときに心の中で数を数えるなど, ある事象に関連して発生する脳波は因果関係がはっきりしており, 信号処理や機械学習により比較的容易にユーザーが入力したものを推定しやすいといった特徴があります. 私はそのようなBMIの一種であるP300-based BMIの刺激呈示,信号処理,機械学習,応用 について研究しています.

 P300-based BMIの詳細はこちら

写真:診察風景

コミュニケーションロボット

 私たち人間は言葉や体の動きなどでにコミュニケーションをとっています. それと同様に,人間と,あるいはロボット同士でコミュニケーションをとることが 可能なロボットをコミュニケーションロボット(ソーシャルロボット)と呼びます. コミュニケーションロボットを使えば, 独居老人や留守番中の子供の見守りや, 人間のコミュニケーション能力のためのトレーニングなどに 用いることが期待できます.

 私は特に学習するコミュニケーションロボットに興味があります. 相手の動きをロボットのセンサで捉え,どのようなものに興味があるのかを分析し, 相手の興味をより引き出すための行動をとるコミュニケーションロボットの 開発を進めています. そのような学習を実現するには,試行錯誤により得られた報酬や罰から学習する 強化学習が効果的と考え,強化学習を取り入れたコミュニケーションロボットを開発しています.

写真:コミュニケーションロボット

福祉機器

 今後取り組む新テーマです. マイコンやセンサ,3Dプリンタなどを用いて 障害者の生活に役立つ装置を開発したり, 仮想現実(VR)ヘッドセットを用いた認知機能の トレーニング装置などを今後開発していく予定です.

写真:診察風景

研究室指導の特徴

  • 科研費に代表で4回採択された経験や, 医工学系論文誌Computers in Biology and Medicine, 情報系学術論文誌Neurocomputingに単著で採択された実績を土台とした研究指導を 高専4年生(大学1年生相当,18歳)以上から行います.
  • 特にBMIについては実績豊富であり,実際に動く装置や,実験体制,教材などが揃っています.
  • 過去に指導した高専5年生が高専シンポジウム(上級生含む全国規模の学術発表会)でBMIについて発表し,理事長賞を受賞したことがあります. 実力次第では顕著な研究業績を出すことが可能です.
  • 現在受け持つ学生の合うように,過去7つの研究室で経験した研究指導を統合し調整しながら独自の指導を行います.

主な研究業績

  • A. Onishi, “Brain-computer interface with rapid serial multimodal presentation using artificial facial images and voice,” Computers in Biology and Medicine, Vol.136, p.104685, September 2021. Link Preprint
    (Journal Citation Reports 2020 Journal Impact factor: 4.589, Peer reviewed)
  • A. Onishi, “Landmark map: An extension of the self-organizing map for a user-intended nonlinear projection,” Neurocomputing, vol. 388, pp. 228-245, May 2020. Link Preprint
    (Journal Citation Reports 2018 Journal Impact factor: 4.072, Peer reviewed)
  • A. Onishi, “FRAC-Q-Learning: A Reinforcement Learning with Boredom Avoidance Processes for Social Robots,” arXiv preprint, arXiv:2311.15327, November 2023. Preprint
  • 森岡大介,大西章也, 「脳波で目的地と移動方向を指定し自律走行ロボットを制御する方法の開発」, 第27回高専シンポジウムオンライン,オンライン発表,2022年1月22日. (口頭発表,森岡が独立行政法人 国立高等専門学校機構 理事長賞 受賞,森岡が香川高専文化功労賞受賞) Link1 Link2 理事長賞

  •  研究業績一覧はこちら

教育

教育概要

 学生時代に学んだメカトロニクス(電気工学,機械工学,制御工学の統合分野)や福祉工学,脳情報工学に加え, 人工知能(AI)やロボットオペレーティングシステム(ROS)などの新技術などを指導します. これまでプログラミング,制御工学,応用数学(ベクトル解析,フーリエ変換,ラプラス変換)などの授業を担当してきました.

経歴等